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Circulation et échanges gazeux
Première partie
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1. Échanges cellulaires et système de transport
Chaque cellule effectue des échanges avec son
milieu
À tout moment, des substances sortent de la
cellules et d'autres y entrent. Ces échanges se
font évidemment par la membrane, donc la surface
de la cellule.
Chez les unicellulaires la surface est élevée
par rapport au volume total
Les gros unicellulaires présentent souvent de
nombreux replis de membrane (comme les
pseudopodes de l'amibe) ce qui contribue à
augmenter leur surface par rapport à leur volume.
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Chez les pluricellulaires seules les cellules à
la surface sont en contact avec le milieu. La
surface de contact avec le milieu est donc faible
par rapport au volume total de lorganisme.
DONC Limite à laccroissement en épaisseur. Si
l'animal devient trop volumineux, les cellules du
centre vont manquer de tout.
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Le temps de diffusion d'une substance, de cellule
à cellule, est proportionnel au carré de la
distance
Il faudrait trois ans à une substance pour
diffuser de cellules en cellules sur un mètre
dépaisseur.
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Solutions
Rester mince ou Système circulatoire

• Rester mince
• Certains animaux sans système circulatoire ont
  un corps mince comme du papier. Cest le cas, par
  exemple de nombreux Cnidaires (hydres et méduses).

• Système circulatoire la plupart des animaux

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Le système circulatoire relie les uns aux autres
tous les principaux organes
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2. Évolution du système de transport
Cnidaires
Les Cnidaires (on dit aussi Coelentérés) ne sont
formés que de deux couches de cellules. Chaque
cellule est donc en contact avec le milieu
extérieur. On retrouve dans ce groupe les
hydres, les méduses, les anémones et le corail.
Ouverture (ingestion des aliments et rejet de ce
qui na pas été digéré
méduse
LIEN
hydre
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Certains Cnidaires possèdent des canaux
permettant de faire circuler leau de mer à
lintérieur de lorganisme.
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Planaires

• Corps plat et mince
• Cavité gastro-vasculaire ramifiée

Les planaires sont de petits vers qui, comme leur
nom lindique, ont le corps plat. Le parasite
appelé ver solitaire appartient à ce groupe (lui,
par contre, il peut être très long). Les aliments
ne sont pas distribués aux cellules par un
système circulatoire. Les aliments sont absorbés
par la bouche (qui nest que louverture dun
tube ventral appelé pharynx) et digérés dans la
cavité. Le produit de cette digestion diffuse
ensuite directement de la cavité
gastro-vasculaire aux cellules (notez comment
cette cavité est très ramifiée dans tout le
corps). Les échanges respiratoires se font par la
surface de la peau.
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Arthropodes et Mollusques
système circulatoire ouvert
Les Arthropodes correspondent au groupe danimaux
comprenant les insectes, les crustacés, les
araignées, et les mille-pattes. Ces animaux sont
caractérisés par un squelette fait de chitine qui
recouvre tout leur corps (comme une armure de
chevalier du moyen-âge). Ils possèdent aussi des
pattes articulées.
LIEN
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Les organes baignent dans un liquide appelé
hémolymphe (comme des poissons dans leau de leur
aquarium)
Lhémolymphe remplit les cavités du corps où sont
situés les organes. Lhémolymphe se déplace dans
le corps par

• Mouvements de lanimal
• Vaisseau dorsal avec parties contractiles (curs)
  et ostioles (petites ouvertures dans le vaisseau
  dorsal)

Lhémolymphe pénètre dans le vaisseau dorsal par
les ostioles. Les parties contractiles du
vaisseau propulsent ensuite lhémolymphe vers les
cavités des différentes parties du corps.
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Annélides, Vertébrés (et certains Mollusques)
système circulatoire fermé
Dans un système circulatoire fermé, un liquide,
le sang, circule dans des vaisseaux sanguins sous
limpulsion dune pompe, le cur. Le cur pousse
le sang dans des vaisseaux sanguins de plus en
plus petits. Les échanges avec les cellules se
font par diffusion au niveau des vaisseaux les
plus petits. Ces petits vaisseaux sunissent
ensuite en vaisseaux de plus en plus gros qui
retournent au cur.
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(No Transcript)
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Évolution du système circulatoire chez les
Vertébrés
Poissons cur simple
En passant dans les minuscules vaisseaux sanguins
des branchies, le sang perd toute sa pression. Le
sang qui s'est oxygéné au niveau des branchies en
ressort avec très peu de pression. Les organes ne
sont donc pas irrigués par un sang sous pression.
Les poissons étant des animaux poïkilothermes (à
sang froid), ils n'ont donc pas un métabolisme
élevé. Ils s'accommodent donc assez bien de ce
défaut de circulation
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(No Transcript)
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Cur du poisson
Sinus veineux
Oreillette
Ventricule
Aorte
Chez les poissons, le cur est formé d'une
oreillette et d'un ventricule. Les grandes veines
qui se jettent dans l'oreillette s'unissent pour
former le sinus veineux.
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Les amphibiens
Les Amphibiens regroupent les salamandres, les
crapauds et les grenouilles. Ce sont les
descendants des premiers poissons qui ont réussi,
il y a plus de 350 millions dannées, à sadapter
à vivre hors de leau. Leur système circulatoire
est un peu plus complexe que celui des poissons.
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Amphibiens 2 oreillettes et 1 ventricule
Chez les Amphibiens, le cur est divisé en deux
oreillettes qui communiquent avec un ventricule.
Le sang qui a irrigué les organes se jette dans
loreillette droite. Loreillette droite le
pousse dans le ventricule. Ce dernier, en se
contractant, pousse le sang dans les poumons
(capillaires pulmonaires) et dans tout le corps.
Le sang qui a été oxygéné dans les poumons se
jette dans loreillette gauche. Comme on peut le
constater, il y a dans le ventricule un mélange
de sang oxygéné venant des poumons et de sang non
oxygéné venant des organes.
DONC le sang qui parvient aux organes est sous
pression (circulation plus rapide)
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(No Transcript)
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Mammifères et oiseaux 2 oreillettes et 2
ventricules
Système beaucoup plus efficace (pas de mélange,
pression élevée aux tissus) Nécessaire au
métabolisme élevé des mammifères et des oiseaux
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(No Transcript)
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Vaisseaux conduisant le sang vers le cur VEINES
Vaisseaux conduisant le sang du cur aux organes
ARTÈRES
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(No Transcript)
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Aorte
Veinespulmonaires
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3. Le cur

• Taille du poing
• Entouré d une membrane le péricarde (voir diapo
  suivante)

Oreillettes minces Ventricules épais Le
ventricule gauche est beaucoup plus épais que le
droit. Voyez-vous pourquoi?
Le ventricule gauche pousse le sang dans tout le
corps alors que le droit ne le pousse que dans
les poumons. Le ventricule gauche alimente donc
un beaucoup plus gros réseau de vaisseaux ce qui
lui demande un effort plus grand. Comme tout
muscle, plus il travaille fort, plus il est gros.
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Le cur est entouré dune membrane formée de deux
feuillets, le péricarde. Lespace entre les deux
feuillets est appelé cavité péricardique.
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(No Transcript)
28
(No Transcript)
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La révolution cardiaque
Le cur fonctionne selon un cycle
contraction-repos-contraction-repos-contraction-et
c. En "langage cardiaque" lorsque le cur est en
contraction on parle de systole et lorsqu'il est
au repos, on parle de diastole.
Contraction systole Repos diastole
À chaque cycle cardiaque
Systole auriculaire (les deux oreillettes se
contractent)
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La révolution cardiaque
Le cercle intérieur représente les ventricules et
le cercle extérieur, les oreillettes
Remarquez qu'il y a plus de bleu pâle que de
foncé. Le cur se repose plus qu'il ne travaille.
Comme vous le voyez, les oreillettes se
contractent d'abord (pendant 0,1 s), puis
ensuite les ventricules (pendant 0,3 s). Tout
le cur est en diastole pendant les 0,4 s qui
suivent et le cycle recommence.
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Les ventricules semplissent

• Pendant la diastole des oreillettes et des
  ventricules (70)
• Pendant la systole auriculaire (30)

Pendant la diastole générale, le sang continue de
couler des oreillettes aux ventricules. 70 du
remplissage des ventricules se fait pendant cette
période. Le 30 restant provient de la systole
auriculaire.
Larrêt des oreillettes est-il mortel?
Non, puisque le cur, même sans systole
auriculaire, peut fonctionner à 70 de sa
capacité. La circulation peut relativement se
maintenir même sans les oreillettes. Si les
oreillettes cessaient de battre, le débit
cardiaque pourrait être maintenu en augmentant la
fréquence cardiaque.
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Fréquence nombre de battements par unité de
temps
Le débit cardiaque
Débit cardiaque Fréquence x Débit systolique

• Fréquence (chez lhumain adulte) 65 à 80 /
  min.
• Débit syst. 70 ml

Débit systolique volume chassé par le
ventricule gauche à chaque contraction
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Les athlètes de haut niveau auraient un
ventricule gauche plus gros que la normale. Que
peut-on conclure de leur débit systolique?
Si le ventricule est plus gros, il peut contenir
plus de sang et donc son débit systolique est
plus grand (100 ml, par exemple, plutôt que 70 ml.
Que peut-on conclure de leur fréquence cardiaque
au repos?
Débit cardiaque F x DS Si DS (débit systolique)
est plus grand que la normale, le cur na pas à
battre à une fréquence aussi élevée pour
maintenir le même débit au repos. La fréquence
cardiaque est plus faible. Un athlète de haut
niveau peut avoir , au repos, une fréquence
cardiaque de 40 ou 50 battements par minute.
Des études récentes faites ces dernières années
par échocardiographie semble démontrer que
laugmentation du débit systolique chez un
athlète serait due surtout à la plus grande force
de contraction du ventricule, bien plus quà une
augmentation du volume du ventricule gauche. Plus
le ventricule se contracte avec force, moins il
reste de sang dedans après la systole et donc
plus le volume chassé est grand.
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Valvules cardiaques
Valvules auriculo-ventriculaires
Valvules sigmoïdes (aortique et pulmonaire)
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Systole auriculaire
Systole ventriculaire
Valvules A.V. ouvertes Valvules aortique et pulm.
fermées
Valvules A.V. fermées Valvules aortique et pulm.
ouvertes
Comment sont les valvules à la diastole générale?
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Bruits du coeur
À lauscultation, on distingue nettement deux
sons successifs à chaque révolution cardiaque. Le
premier son ( Poumm !) est plus sourd et dure un
peu plus longtemps que le second (tâ !)
Écoutez
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(No Transcript)
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Valvules auriculo-ventriculaires
Droite tricuspide Gauche bicuspide ou mitrale
Systole auriculaire le sang écarte les pans de
la valvule ce qui en provoque louverture
Début de la systole ventriculaire le sang
rapproche les pans de la valvule ce qui en
provoque la fermeture
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Valvules sigmoïdes
Valvule aortique Valvule pulmonaire
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Le sang peut passer dans le sens contraire de son
trajet normal si une valvule ne se ferme pas de
façon hermétique. Le sang qui  revient sur ses
pas  en passant par une valvule mal fermée subit
un écoulement turbulent qui se manifeste par un
son  chuintant  qui peut être entendu à
lauscultation. Cest ce quon appelle un souffle
au cur.
Écoutez
souffle au coeur
son normal
Un souffle au cur peut aussi être causé par un
rétrécissement de louverture de la valvule.
Cest ce quon appelle une sténose. Le souffle
que vous venez dentendre était dû à une sténose
aortique.
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Valvules artificielles
Une valvule endommagée peut être remplacée par
une valvule artificielle.
Ce modèle à bille nest plus tellement utilisé.
Le sang peut passer de bas en haut (il pousse sur
la bille qui se soulève), mais pas de haut en bas
(la bille bouche louverture).
Ce modèle à clapet permet au sang de passer de
gauche à droite (la pression du sang ouvre le
clapet), mais pas dans le sens contraire (la
pression ferme le clapet)
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Valvule de porc montée sur un anneau de polymère
Les valvules sont surtout faites de tissu
conjonctif. Après la greffe, elles se recouvrent
dune couche dépithélium pavimenteux simple
(lendocarde) qui les isole du système
immunitaire.
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Régulation du battement
Les cellules musculaires cardiaques sont reliées
les unes aux autres et forment un réseau de
cellules.
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Cellules musculaires cardiaques

• Sont normalement polarisées (extérieur de la
  membrane est positif par rapport à lintérieur
  négatif).
• Se dépolarisent spontanément (sans intervention
  extérieure, sans intervention du système nerveux)
  à un certain rythme.
• La dépolarisation de la membrane provoque la
  contraction de la cellule.
• La dépolarisation dune cellule se transmet aux
  autres cellules auxquelles elle est reliées.

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• Le cur est formé de deux réseaux isolés de
  cellules
• Réseau formant les oreillettes
• Réseau formant les ventricules

La dépolarisation dune cellule dun réseau se
transmet à toutes les autres cellules du réseau.
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Le cur contient deux types de cellules
musculaires

• Constituent la plupart des cellules cardiaques.
• Se contractent spontanément, sans intervention
  extérieure à un rythme lent.

• Se dépolarisent spontanément à un rythme rapide
  (mais ne se contractent presque pas)
• Sont liées les unes aux autres et forment des
  amas ou des réseaux semblables à des nerfs

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Les cellules stimulantes (cardionectrices) du
coeur
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Ce sont les cellules du nud sinusal qui imposent
leur ryhtme à tout le cur.
Nud sinusal
Chacune des cellules musculaires du cur a son
propre rythme de contraction. Si on isole les
cellules les unes des autres, elles battent alors
à leur propre rythme. De toutes les cellules
musculaires cardiaques, ce sont les cellules du
nud sinusal qui possèdent le rythme le plus
élevé environ 100 battements / min
Quand une cellule du nud sinusal se dépolarise,
elle dépolarise alors toutes ses voisines qui se
dépolarisent à leur tour.
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La révolution cardiaque

• Les cellules du nud sinusal se dépolarisent
• La dépolarisation se transmet aux cellules
  musculaires des oreillettes
• Les oreillettes se contractent

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• La dépolarisation atteint le nud
  auriculo-ventriculaire
• La dépolarisation se transmet au faisceau de His
  et aux fibres de Purkinje
• La dépolarisation se transmet à lensemble des
  cellules musculaires des ventricules
• Les ventricules se contractent

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Dépolarisation du nud sinusal se transmet aux
cellules des oreillettes
Les oreillettes se dépolarisent gt systole
auriculaire
La dépolarisation se transmet aux ventricules par
le faisceau de His et les fibres de Purkinje
Les cellules des ventricules se dépolarisent gt
systole ventriculaire
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On a donc
Systole auriculaire
Rythme imposé par le nud sinusal

• Devrait être de 100 / min
• En fait, cest plus lent. Le nud sinusal est
  sous linfluence de fibres nerveuses qui le
  ralentissent (parasympathique)

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La fréquence cardiaque peut varier selon les
circonstances.
Fréquence cardiaque dépend
1. Système nerveux autonome (SNA) 2. Système
endocrinien (les hormones) 3. Réflexes du cur
4. Température corporelle
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1. Système nerveux autonome (SNA) 2. Système
endocrinien 3. Réflexes du cur 4. Température
corporelle
ensemble des fibres nerveuses qui contrôlent
les organes internes (involontaires)

• Formé de deux types de fibres nerveuses
• Fibres sympathiques
• Fibres parasympathiques

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Sympa et para ont des effets contraires sur un
organe donné. Ex. le cur
Les deux systèmes sont toujours actifs en même
temps.
Para domine au repos et sympa domine en cas de
danger.
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1. Système nerveux autonome (SNA) 2. Système
endocrinien 3. Réflexes du cur 4. Température
corporelle
Certaines hormones comme ladrénaline sécrétée
par les glandes surrénales augmentent le rythme
cardiaque et la force des contractions. Le
système sympathique stimule la sécrétion
dadrénaline par les glandes surrénales.
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Les parois des oreillettes sont sensibles à
létirement. Si elles sont étirées, le rythme
imposé par le nud sinusal augmente.
1. Système nerveux autonome (SNA) 2. Système
endocrinien 3. Réflexes du cur 4. Température
corporelle
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1. Système nerveux autonome (SNA) 2. Système
endocrinien 3. Réflexes du cur 4. Température
corporelle
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La fréquence est inversement proportionnelle au
volume dun animal
Éléphant 25 / min Musaraigne 600 / min
La musaraigne cendrée, Sorex cinereus, est le
plus petit des mammifères.
Nouveau-né humain 140 / min
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Lélectrocardiogramme
Lélectrocardiogramme est lenregistrement de
lactivité électrique du coeur

• Les électrodes sont placées
• Sur les bras et les jambes
• Sur la poitrines

De toutes les électrodes placées sur le corps, on
en sélectionne une ou deux pour lenregistrement.
Ces électrodes sélectionnées dérivations
Ex. Dérivation I Bras gauche et bras
droit Dérivation II Bras droit et jambe
gauche Dérivation III Bras gauche et jambe
gauche
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Dérivations ( lead ) I, II et III
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Dérivations aVR, aVL et aVF (une seule électrode
lautre est mise à la terre)
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Dérivations V1 à V6 (une seule électrode lautre
est mise à la terre)
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Le tracé obtenu change selon la dérivation
utilisée. Le tracé le plus caractéristique (celui
quon voit le plus souvent) est celui obtenu en
dérivation II (bras droit et jambe gauche)
Tracé obtenu en dérivation II
à lireWEB
Onde P Dépolarisation des oreillettes Onde
QRS Dépolarisation des ventricules Onde T
Repolarisation des ventricules
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P
QRS
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(No Transcript)
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Exemples dECG anormaux
Infarctus aigu de la paroi antérieure du myocarde
Infarctus apical aigu de la paroi postérieure du
myocarde. Ladjectif apical fait référence à la
pointe du cur (appelée apex ).
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Anomalie dans le système de conduction peut
entraîner des anomalies dans le déroulement de la
révolution cardiaque.
Peut nécessiter la mise en place dun stimulateur
externe (ou pacemaker)
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Les stimulateurs modernes enregistrent
continuellement lactivité électrique du cur et
ninterviennent que si cest nécessaire. Leurs
batteries peuvent être rechargées à travers la
peau (par un phénomène dinduction).
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Voyez-vous le stimulateur? Ses électrodes?
Le stimulateur est implanté dans lépaule sous la
peau. Les électrodes passent par les vaisseaux
sanguins.
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Un manque doxygène au cur peut entraîner la
fibrillation cardiaque (auriculaire ou
ventriculaire).
Fibrillation cardiaque contractions rapides et
complètement désordonnées des cellules
cardiaques. La fibrillation peut toucher les
oreillettes (fibrillation auriculaire) ou les
ventricules (fibrillation ventriculaire).
Les contractions des cellules deviennent
chaotiques. Il ny a plus de coordination des
contractions. Le cur vibre alors sur place sans
présenter de mouvement densemble et donc ne
pompe plus le sang.
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Fibrillation auriculaire
Fibrillation ventriculaire
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Fibrillation auriculaire
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Défibrillation suite à une fibrillation
ventriculaire
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FIN de la première partie